物理化学的刺激を感知するTRPチャネルが乳腺組織の形態形成と乳分泌を制御する機構

• Project/Area Number: 23K21258
• Project/Area Number (Other): 21H02337 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 42010:Animal production science-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 小林 謙 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (30449003)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川原 学 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (70468700) ; 磯部 直樹 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (80284230)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2021: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: 乳腺上皮細胞 / TRPチャネル / 物理化学的刺激 / 乳産生 / 形態形成 / タイトジャンクション / 乳分泌 / 乳腺発達

Outline of Research at the Start

乳腺上皮細胞は妊娠期に増殖・分化し、泌乳期に乳分泌を行う細胞である。また、乳腺上皮細胞は温度・伸縮などの物理的刺激やpH変化・生理活性物質などの化学的刺激に曝される細胞でもある。しかし、乳腺上皮細胞がこれら物理化学的刺激をどのように感知し、妊娠期の乳腺発達と泌乳期の乳分泌を行っているのか、わかっていない。本研究では、乳腺上皮細胞に発現するTRPチャネルが物理化学的刺激を感知する多機能センサーとして妊娠期の乳腺発達と泌乳期の乳分泌を制御していると仮説を立て、その実証を行う。

Outline of Annual Research Achievements

乳房内の乳腺上皮細胞は妊娠期に乳管と乳腺胞のネットワーク構造を発達させ、分娩後の泌乳期に乳成分産生を行う。しかし、乳腺上皮細胞の乳腺上皮細胞は温度・伸縮などの物理的刺激やpH変化・生理活性物質などの化学的刺激に曝されることによって変化する。近年、これらの物理化学的刺激を感知する受容体としてTRPチャネルに関する論文が多数報告されている。しかし、妊娠期の形態形成と泌乳期の乳産生において、乳腺上皮細胞のTRPチャネルがどのように関与しているか、現時点で不明な点が多い。そこで本研究では物理化学的刺激を感知するTRPチャネルが乳腺組織の形態形成と乳分泌を制御する機構の解明を進めている。
2022年度までに得られた研究結果をさらに精査した結果、培養下の乳腺上皮細胞の頭頂部側にTRPV4が感知する物理的刺激である静水圧を負荷すると、その圧力の強さや時間に応じて、カゼインの分泌量やタイトジャンクション構成タンパク質の発現量が変化することがわかった。また、静水圧負荷は乳腺上皮細胞の乳産生能力を上方調節するSTAT5やグルココルチコイド受容体の活性化を阻害しつつ、炎症性のシグナル分子であるSTAT3やNF-kappaBの不活性化をも誘導することがわかった。さらに、周期的な静水圧の負荷がカゼインの分泌量を増加させることもわかった。続いて、培養下で得られた知見が乳用家畜にも応用可能かを確認するため、泌乳ヤギにTRPA1とTRPM8を活性化するメントールを投与する実験を行った。その結果、乳量が減少し、抗菌活性をもつS100A７およびS100A8の乳中濃度上昇が確認された。一方、炎症性サイトカインであるTNF-alphaやIL-10の乳中濃度も上昇しており、TRPチャネルが乳量や乳成分組成に影響することが示唆された。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effects of hydrostatic compression on milk production-related signaling pathways in mouse mammary epithelial cells (2023)
  • Author(s): Kobayashi Ken、Han Liang、Lu Shan-Ni、Ninomiya Kazuki、Isobe Naoki、Nishimura Takanori
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 431 Issue: 1 Pages: 113762-113762
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2023.113762
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Potential effects of gingerol topical application on components of the innate immunity in lactating goat mammary glands (2023)
  • Author(s): Tsugami Yusaku、Nii Takahiro、Kobayashi Ken、Isobe Naoki
  • Journal Title: Innate Immunity Volume: 29 Issue: 7 Pages: 135-149
  • DOI: 10.1177/17534259231191252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Culture Models to Investigate Mechanisms of Milk Production and Blood-Milk Barrier in Mammary Epithelial Cells: a Review and a Protocol (2023)
  • Author(s): Kobayashi Ken
  • Journal Title: Journal of Mammary Gland Biology and Neoplasia Volume: 28 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1007/s10911-023-09536-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Menthol application on healthy and inflamed goat udders changes antimicrobial components in milk. (2023)
  • Author(s): Ohno R, Suzuki N, Tsugami Y, Nii T, Kobayashi K, Isobe N
  • Journal Title: Animal Science Journal Volume: 94(1) Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1111/asj.13832
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sweet taste receptor subunit T1R3 regulates casein secretion and phosphorylation of STAT5 in mammary epithelial cells (2023)
  • Author(s): Kobayashi Ken、Han Liang、Koyama Taku、Lu Shan-Ni、Nishimura Takanori
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research Volume: 1870 Issue: 4 Pages: 119448-119448
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2023.119448
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lactose on the basolateral side of mammary epithelial cells inhibits milk production concomitantly with signal transducer and activator of transcription 5 inactivation (2022)
  • Author(s): Kobayashi Ken、Wakasa Haruka、Han Liang、Koyama Taku、Tsugami Yusaku、Nishimura Takanori
  • Journal Title: Cell and Tissue Research Volume: 389 Issue: 3 Pages: 501-515
  • DOI: 10.1007/s00441-022-03651-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adverse Effects of High Temperature On Mammary Alveolar Development In Vitro (2022)
  • Author(s): Wakasa Haruka、Tsugami Yusaku、Koyama Taku、Han Liang、Nishimura Takanori、Isobe Naoki、Kobayashi Ken
  • Journal Title: Journal of mammary gland biology and neoplasia Volume: 27 Issue: 2 Pages: 155-170
  • DOI: 10.1007/s10911-022-09518-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isoflavones and their metabolites influence the milk production ability of bovine mammary epithelial cells in a type-specific manner (2022)
  • Author(s): Tsugami Y, Wakasa H, Kawahara M, Nishimura T, Kobayashi K.
  • Journal Title: Animal science journal Volume: 93 Issue: 1
  • DOI: 10.1111/asj.13720
• [Journal Article] Local heat treatment of goat udders influences innate immune functions in mammary glands (2021)
  • Author(s): Tsugami Y, Ishiba Y, Suzuki N, Nii T, Kobayashi K, Isobe N
  • Journal Title: Journal of Mammary Gland Biology and Neoplasia Volume: 26 Issue: 4 Pages: 387-397
  • DOI: 10.1007/s10911-022-09509-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genistein Directly Represses the Phosphorylation of STAT5 in Lactating Mammary Epithelial Cells (2021)
  • Author(s): Tsugami Y, Wakasa H, Nishimura T, Kobayashi K.
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 25 Issue: 35 Pages: 22765-22772
  • DOI: 10.1021/acsomega.1c03107
• [Presentation] 乳腺上皮細胞における泌乳の調節機構 (2023)
  • Author(s): 小林 謙
  • Organizer: 第 126 回日本小児学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] レプチンが乳腺上皮細胞の乳産生能力に及ぼす影響 (2023)
  • Author(s): 呂 サンニ、韓 セイ、 西邑 隆徳、小林 謙
  • Organizer: 日本畜産学会第１３１大会
• [Presentation] TRPV4チャネルの活性化が乳腺上皮細胞の乳タンパク質分泌に与える影響 (2023)
  • Author(s): 上原 環、呂 サンニ、韓 セイ、西邑 隆徳、小林 謙
  • Organizer: 第28回日本乳房炎研究会
• [Presentation] 三種類の線維性コラーゲンが乳腺上皮組織の形態形成に果たす役割を三次元培養モデルで検証する (2023)
  • Author(s): 二宮 和己、韓 セイ、安井 裕貴、西邑 隆徳、小林 謙
  • Organizer: 第28回日本乳房炎研究会
• [Presentation] ブロモクリプチンが乳腺上皮細胞の乳産生を低下させる機序に関する研究 (2022)
  • Author(s): 韓 セイ、呂 サンニ、小山大空、西邑隆徳、小林 謙
  • Organizer: 第２７回 日本乳房炎研究会学術集会
• [Presentation] 暑熱ストレスが妊娠期の乳腺胞発達に及ぼす影響を培養モデルにより検証する (2021)
  • Author(s): 若狹 遥、呂 サンニ、小山大空、西邑隆徳、小林 謙
  • Organizer: 第２６回 日本乳房炎研究会学術集会
• [Remarks] 細胞組織生物学研究室
  • URL: http://lab.agr.hokudai.ac.jp/cell_tissue_biology/